DE102021204089A1 - Method of operating a dosing system - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben eines Dosierungssystems (19), mit einer Leitung (28), in der sich ein flüssigkeitshaltiger Stoff (25) befindet, der in einem Schritt (S1) unter Druck (p1, p2) gesetzt wird, und die Leitung (28) den Stoff (25) zu einem Ventil (34) führt, welches zum Auslassen des flüssigkeitshaltigen Stoffs (25) dient, wobei der Stoff (25) unter einem Druck (p1) aus dem Ventil (34) ausgelassen wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem/einem Ende des Auslassens im Schritt (S2) der Druck (p) in einem Schritt (S3) gesenkt wird.Method for operating a dosing system (19), with a line (28) in which there is a liquid-containing substance (25) which is pressurized (p1, p2) in a step (S1), and the line (28) leading the substance (25) to a valve (34) which serves to let out the liquid-containing substance (25), the substance (25) being let out of the valve (34) under a pressure (p1), characterized in that after the/an end of the discharge in step (S2), the pressure (p) is lowered in a step (S3).
Description
Stand der TechnikState of the art
Es sind im Zusammenhang mit dem Betrieb von Brennkraftmaschinen Abgassysteme bekannt, die unter Anderem Katalysatoren aufweisen, die zum Reduzieren von Stickoxiden im Abgas dienen. Hierzu wird bei diesen Systemen typischer Weise eine wässrige Harnstofflösung eingespritzt. Bei der Verwendung dieser Brennkraftmaschine treten längere Phasen auf, in denen kein Harnstoff in das Abgassystem eindosiert bzw. eingespritzt wird. Im Zusammenhang mit längeren Gebrauchsdauern dieser Dosierventile bzw. Ventile kann festgestellt werden, dass sich an der oder den Öffnungen solcher Ventile Ablagerungen bilden. Diese Ablagerungen sind beispielsweise das Ergebnis von Kristallisation bzw. Auskristallisation von Harnstoff aus der wässrigen Harnstofflösung. Dies kann dazu führen, dass das Dosieren von Harnstoff in das Abgassystem nicht mehr möglich ist, da die Rückstände aus der wässrigen Harnstofflösung durch das beispielhafte Auskristallisieren die Öffnungen des Ventils auf der Außenseite des Dosierventils bis hin zu einem Verschluss durch die Kristalle künstlich verengen. Eine Reduzierung des Abgases und insbesondere des Stickoxids ist dann nicht mehr oder nur noch äußerst eingeschränkt möglich.In connection with the operation of internal combustion engines, exhaust gas systems are known which, among other things, have catalytic converters which are used to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas. For this purpose, an aqueous urea solution is typically injected in these systems. When using this internal combustion engine, longer phases occur in which no urea is metered or injected into the exhaust system. In connection with longer periods of use of these metering valves or valves, it can be determined that deposits form on the opening or openings of such valves. These deposits are, for example, the result of crystallization or crystallization of urea from the aqueous urea solution. This can mean that it is no longer possible to meter urea into the exhaust system, since the residues from the aqueous urea solution artificially narrow the openings of the valve on the outside of the metering valve to the point of being closed by the crystals due to crystallization, for example. A reduction in the exhaust gas and in particular the nitrogen oxide is then no longer possible or only possible to an extremely limited extent.
Bei einer Analyse dieses Zustands wurde festgestellt, dass die grundsätzliche Ursache für diese Auskristallisation darin besteht, dass beim bzw. für das Harnstoffdosierungsventil eine geringe Leckage toleriert wird. Bei der Untersuchung dieser Erscheinung wurde festgestellt, dass sich unter bestimmten Umständen außerhalb des Dosierventils Tröpfchen bilden können. D. h. diese Tröpfchen sind beispielsweise an den erwähnten Öffnungen des Ventils bzw. sie befinden sich um die Öffnungen herum. Diese Tröpfchen bilden sich aufgrund der erwähnten Leckage, indem beispielsweise das Harnstoffsystem einige Minuten unter Druck steht und keine wässrige Harnstofflösung in das Abgassystem eindosiert wird. Die Hitze des Abgases aus der Brennkraftmaschine führt in der Folge dazu, dass der Flüssigkeitsanteil der wässrigen Harnstofflösung, das Wasser, verdunstet und sich ein erheblicher Anteil des im Wasser gelösten Harnstoffs rund um die erwähnten Öffnungen als Harnstoffkristalle ablagert. Mit zunehmender Gebrauchsdauer dieses Dosierventils nimmt die Menge an Rückstand an Harnstoffkristallen rund um die Öffnungen zu, so dass diese Rückstände früher oder später diese Öffnungen des Ventils verschließen und so eine nur noch verringerte bzw. erheblich verringerte oder gar keine Eindosierung wässriger Harnstofflösung mehr möglich ist. Die Umsetzungsraten der entsprechenden Vorrichtungen (wie in diesem Fall des Reduktionskatalysators) sind ggf. erheblich verringert bzw. Null, so dass die Aufgabe der Abgasreinigung nicht mehr möglich ist.Analysis of this condition determined that the basic cause of this crystallization is that the urea metering valve tolerates a small amount of leakage. When investigating this phenomenon, it was found that under certain circumstances droplets can form outside of the dosing valve. i.e. these droplets are, for example, at the mentioned openings of the valve or they are located around the openings. These droplets form as a result of the leakage mentioned, for example because the urea system is pressurized for a few minutes and no aqueous urea solution is metered into the exhaust system. The heat of the exhaust gas from the internal combustion engine subsequently causes the liquid portion of the aqueous urea solution, the water, to evaporate and a significant portion of the urea dissolved in the water is deposited as urea crystals around the openings mentioned. With increasing service life of this dosing valve, the amount of residue of urea crystals around the openings increases, so that sooner or later these residues close these openings of the valve and only reduced or significantly reduced or no more dosing of aqueous urea solution is possible. The conversion rates of the corresponding devices (such as the reduction catalytic converter in this case) may be significantly reduced or zero, so that the task of exhaust gas purification is no longer possible.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Dosierungssystems vorgesehen, welches eine Leitung, in der sich ein flüssigkeitshaltiger Stoff befindet, aufweist. Der flüssigkeitshaltige Stoff ist unter Druck gesetzt. Die Leitung führt den Stoff zu einem Ventil, welches zum Auslassen des flüssigkeitshaltigen Stoffs dient. Der Stoff wird unter einem Druck aus dem Ventil ausgelassen und nach dem Ende des Auslassens der Druck gesenkt. Dies hat den Vorteil, dass in jenen Zeitabschnitten, in denen aus diesem Ventil kein flüssiger Stoff dosiert werden muss, die letztlich tolerierte Leckage des Dosierungsventils durch den nunmehr abgesenkten Druck verringert ist. Eine Tröpfchenbildung am Auslass des Ventils bzw. am Ventil wird somit mindestens vermieden, wenn nicht gar unterbunden, so dass an der mindestens einen Öffnung des Ventils keine Tröpfchen verdunsten können und somit fast keine oder gar keine Harnstoffkristalle an der Öffnung angelagert werden können. Dadurch ist eine Gefahr eines unbeabsichtigten Ventilverschlusses durch Kristalle außerordentlich reduziert. Letztlich ist dadurch auch eine zuverlässige Abgasreinigung unterbrechungsfrei für eine deutlich längere Zeit möglich. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Druck in der Leitung erst nach Ablauf einer Dauer gesenkt wird, die zudem insbesondere einstellbar ist. According to a first aspect of the invention, a method for operating a dosing system is provided which has a line in which a liquid-containing substance is located. The liquid-containing substance is pressurized. The line leads the substance to a valve which serves to let out the liquid-containing substance. The substance is released from the valve under pressure and after the end of the release the pressure is reduced. This has the advantage that in those periods of time in which no liquid substance has to be metered out of this valve, the leakage of the metering valve that is ultimately tolerated is reduced by the now lowered pressure. A formation of droplets at the outlet of the valve or at the valve is thus at least avoided, if not prevented altogether, so that no droplets can evaporate at the at least one opening of the valve and thus almost no or no urea crystals can be deposited at the opening. This greatly reduces the risk of accidental valve closure by crystals. Ultimately, this also enables reliable exhaust gas cleaning without interruption for a significantly longer period of time. According to a further aspect of the invention, it is provided that the pressure in the line is reduced only after a period of time has elapsed, which can also be adjusted in particular.
Dies hat den Vorteil, dass eine Anzahl an Druckerhöhungen von einem abgesenkten Druck zu einem Versorgungsdruck in verminderter Häufigkeit erfolgen muss. Dies ist dabei eine Abwägung. Je weniger häufig der Druck abgesenkt wird, desto mehr Tröpfchen entstehen am Ventilausgang, und desto mehr Niederschlag - Kristallat als Rückstand nach Verdampfen des Lösungsmittels Wasser - bleibt am Ventilausgang haften. Je zügiger nach einer erforderlichen Nutzung des Ventils, d. h. Einspritzen von flüssigkeitshaltigem Stoff, wie Harnstoff, der Druck auf den gesenkten Druck eingestellt wird, desto häufiger muss letztlich eine Versorgungspumpe den Versorgungsdruck wiederherstellen. Dies führt dann zu einer erhöhten Belastung der Pumpe.This has the advantage that a number of pressure increases from a reduced pressure to a supply pressure must take place with reduced frequency. This is a consideration. The less frequently the pressure is lowered, the more droplets form at the valve outlet, and the more precipitate - crystals as a residue after evaporation of the water solvent - sticks to the valve outlet. The faster after a required use of the valve, i. H. Injection of liquid-containing substance such as urea, the pressure is adjusted to the lowered pressure, the more frequently a supply pump ultimately has to restore the supply pressure. This then leads to an increased load on the pump.
Des Weiteren kann im Rahmen der Ausübung des Verfahrens ein Gerät zur Steuerung und/oder Regelung, d. h. Beeinflussung mindestens eines Verfahrensablaufs in einer Brennkraftmaschine sowie einer Reinigungsanlage von Abgasen der Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Beeinflussung einer Zusammensetzung des Abgases vorhanden sein. Das Gerät hat dabei die Aufgabe ein Erfordernis zur Dosierung von Stoff zwecks chemischer Reaktion in der Vorrichtung festzustellen. Wird dies festgestellt, so ist gemäß einem weiteren Verfahrensschritt vorgesehen, dass der Druck in der Leitung nach dem Feststellen des Erfordernisses zur Dosierung von Stoff erhöht wird. Dies hat den Vorteil, dass - wie bereits erwähnt - dadurch nur im Fall des Erfordernisses die Leitung unter Druck steht und dementsprechend eine Leckage nur im unbedingt notwendigen Umfang auftreten kann. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist beabsichtigt, dass der Druck nach einem Anstieg einer Temperatur des Abgases vor der Vorrichtung oder einem Anstieg einer Temperatur des Abgases nach der Vorrichtung erhöht wird. Dies sind Indizien für das Erfordernis des Einspritzens des Stoffs in die Abgasanlage, so dass anhand dieses Kriteriums zielgerichtet zu den erforderlichen Betriebsabschnitten bzw. Betriebszeiten der entsprechende Stoff in das Abgassystem eingebracht werden kann. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass nach dem Feststellen des Erfordernisses zur Dosierung von Stoff das Ventil geöffnet wird. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Temperatur des Abgases vor der Vorrichtung oder eine Temperatur des Abgases nach der Vorrichtung ausgewertet wird und in Abhängigkeit von der Temperatur entschieden wird, das Ventil nicht zu öffnen bzw. geschlossen zu halten oder zu öffnen. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass bei Unterschreiten einer Temperaturschwelle der Druck gesenkt oder auf Null eingestellt wird, d. h. die Leitung drucklos eingestellt wird.Furthermore, as part of the implementation of the method, a device for controlling and/or regulating, ie influencing at least one process sequence in an internal combustion engine and a cleaning system for exhaust gases from the internal combustion engine with a device for influencing the composition of the exhaust gas, can be present. The device has the on to determine a need for dosing substance for chemical reaction in the device. If this is determined, a further method step provides for the pressure in the line to be increased after determining the need for dosing substance. This has the advantage that--as already mentioned--the line is only under pressure as a result, and accordingly leakage can only occur to the extent that is absolutely necessary. According to a further aspect of the invention it is intended that the pressure is increased after an increase in a temperature of the exhaust gas before the device or an increase in a temperature of the exhaust gas after the device. These are indications of the need to inject the substance into the exhaust system so that, based on this criterion, the relevant substance can be introduced into the exhaust system in a targeted manner for the required operating sections or operating times. For this purpose it is provided that the valve is opened after determining the need for dosing of substance. A further aspect of the invention provides that a temperature of the exhaust gas before the device or a temperature of the exhaust gas after the device is evaluated and, depending on the temperature, a decision is made whether to open the valve or keep it closed or open it. It is provided in particular that when the temperature falls below a threshold value, the pressure is reduced or set to zero, ie the line is set to be depressurized.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgend aufgeführten Figuren näher beschrieben:
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1 zeigt eine Vorrichtung, die eine Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem und einem Dosierungssystem zeigt. -
2 zeigt einen beispielhaften Verfahrensablauf.
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1 shows a device showing an internal combustion engine with an exhaust system and a dosing system. -
2 shows an example process flow.
Im Rahmen des Verfahrens zum Betreiben des Dosiersystems 19 ist vorgesehen, dass die Leitung 28, in der sich der flüssigkeitshaltige Stoff 25 befindet, in einem Schritt S1 unter Druck p1 gesetzt wird. Dieser Druck p1 dient als Versorgungsdruck dazu den Stoff 25 in der vorgesehenen Menge aus dem Ventil 34 zu spritzen. Die Leitung 25 führt den Stoff 25 zu dem Ventil 34. Wie erwähnt, wird dieser flüssigkeitshaltige Stoff 25 aus dem Ventil bzw. durch das Ventil 34 unter dem Druck p1 aus dem Ventil bzw. der Leitung 28 gelassen. Nach einem Ende des Auslassens (Schritt S2) wird der Druck p in einem Schritt S3 gesenkt. Dabei ist in einer bevorzugten Variante vorgesehen, dass der Druck p nicht sofort nach dem Ende des Auslassens des Stoffs 25 gesenkt wird, sondern nach dem Ende des Auslassens erst nach Ablauf einer Dauer dt gesenkt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Dauer dt einstellbar ist. Einstellbar bedeutet hier beispielsweise, dass die Dauer dt in ihrer Länge einstellbar ist. Um einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit der Abgasanlage 13 und dem Dosierungssystem 19 sachgerecht ablaufen lassen zu können, ist das bereits erwähnte Gerät 37 vorgesehen, das zur Steuerung und/oder Regelung, d. h. im technischen Sinne zur Beeinflussung mindestens eines Ablaufs der Brennkraftmaschine 10 vorgesehen ist. Dieses Gerät 37 dient auch dazu, in entsprechender Weise den Betrieb der Abgasanlage 13 zum Führen und Reinigen von Abgasen vorzunehmen, wobei die Abgasanlage 13 die Vorrichtung 16 zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Abgases aufweist. Das Gerät 37 kann im Rahmen seiner vielfältigen Aufgaben unter anderem feststellen, dass ein Erfordernis zur Dosierung von Stoff 25 besteht, um in der Vorrichtung 16 eine chemische Reaktion ablaufen lassen zu können. Dieses Feststellen des Erfordernisses zur Dosierung von Stoff 25 zwecks Reaktion in der Vorrichtung 16 findet im Schritt S4 statt. In einem Schritt S5 wird dann der Druck p nach dem Feststellen des Erfordernisses zur Dosierung von Stoff 25 erhöht. Dieses Erfordernis zur Dosierung von Stoff 25 kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, indem ein Anstieg der Temperatur TA1 des Abgases vor der Vorrichtung 16 oder ein Anstieg der Temperatur TA2 des Abgases nach der Vorrichtung 16 festgestellt wird. Zum Ermitteln der Temperaturen TA1, TA2 dienen die in der
Gemäß einer Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Temperatur TA1 des Abgases vor der Vorrichtung 16 oder eine Temperatur TA2 des Abgases nach der Vorrichtung 16 ausgewertet wird und in Abhängigkeit von der Temperatur TA1, TA2 entschieden wird, das Ventil 34 nicht zu öffnen bzw. geschlossen zu halten oder zu öffnen. Unterschreitet dabei die Temperatur TA1, TA2 eine Temperaturschwelle TAls, TA2s, wird der Druck p gesenkt oder auf Null gesetzt bzw. gestellt.According to a variant of the method, it is provided that a temperature TA1 of the exhaust gas before
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